RU2387882C2

RU2387882C2 - Method to protect gas turbine engine against surge

Info

Publication number: RU2387882C2
Application number: RU2008126611/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Дудкин (RU); Юрий Петрович Дудкин; Виктор Александрович Гладких (RU); Виктор Александрович Гладких; Геннадий Викторович Фомин (RU); Геннадий Викторович Фомин
Original assignee: Открытое акционерное общество "СТАР"
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-04-27
Also published as: RU2008126611A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engine production and can be used in gas turbine engine electronic mechanical ACS. In compliance with this invention, to identify compressor surge state, engine fan rpm is additionally analysed, as well as engine inlet temperature and pressure. In case simultaneous increase in fan rpm and engine inlet pressure and temperature and pressure drop at engine inlet and increase in air temperature at engine inlet are observed with gradient exceeding 2 to 3 times preset tolerances specified in aircraft operating performances, signal "Surge" will be generated.

EFFECT: higher engine reliability and aircraft safety.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in electronic hydromechanical systems (ACS) for automatic control of gas turbine engines (GTE).

Известен способ защиты ГТД от помпажа, реализованный в гидромеханической САУ с электронным сигнализатором помпажа [1]. Способ заключается в том, что по сигналу от сигнализатора помпажа выключают двигатель.There is a method of protecting a gas turbine engine against surge, implemented in a hydromechanical self-propelled guns with an electronic surge signaling device [1]. The method consists in turning off the engine by a signal from a surge detector.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность и невозможность использования на одномоторных летательных аппаратах (ЛА).The disadvantage of this method is its low efficiency and the inability to use on single-engine aircraft (LA).

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ защиты ГТД, реализуемый, например, в электронно-гидромеханических САУ [2].Closest to this invention in technical essence is a method of protecting a gas turbine engine, implemented, for example, in electronic hydromechanical self-propelled guns [2].

САУ содержит последовательно соединенные блок датчиков (БД), включающий в себя сигнализатор помпажа, электронный регулятор (ЭР), дозатор топлива (ДТ), клапан останова (КО).The self-propelled gun contains a series-connected sensor unit (DB), which includes a surge indicator, an electronic regulator (ER), a fuel metering device (DT), and a stop valve (KO).

Способ заключается в том, что с помощью сигнализатора помпажа определяют начало помпажа компрессора, включают КО и прекращают подачу топлива в камеру сгорания (КС) ГТД на наперед заданное время, зависящее от характеристик ГТД, после истечения этого времени выключают КО и возобновляют подачу топлива в КС ГТД.The method consists in the fact that with the help of the surge indicator, the start of compressor surge is determined, KOs are turned on and the fuel supply to the gas turbine combustion chamber is stopped for a predetermined time, depending on the characteristics of the gas turbine engine, after this time, the KOs are turned off and the fuel supply to the KS is resumed. GTE.

Недостатком известного способа является следующее. Сигнализатор помпажа идентифицирует помпаж на основе анализа одного параметра двигателя - давления воздуха за компрессором (Рк). Анализируется относительный уровень пульсации Рк, и, если относительный уровень пульсации превышает наперед заданный порог в течение определенного промежутка времени, формируют сигнал «Помпаж». Вся надежность этого метода «висит» на надежности канала измерения Рк (датчик - линия связи - преобразователь - вычислитель). Известны случаи ложных срабатываний сигнализатора помпажа из-за возникновения в канале измерения Рк отказов типа «переменный контакт» и «параметрический отказ». Такие срабатывания приводят к необоснованным отсечкам подачи топлива в КС ГТД, что снижает надежность работы ГТД и, как следствие, безопасность ЛА.The disadvantage of this method is the following. The surge signaling device identifies the surge based on the analysis of one engine parameter - the air pressure behind the compressor (Pk). The relative level of ripple Pk is analyzed, and if the relative level of ripple exceeds a predetermined threshold in advance for a certain period of time, the signal "surge" is generated. All the reliability of this method "hangs" on the reliability of the measurement channel Pk (sensor - communication line - converter - calculator). There are known cases of false positives of the surge signaling device due to the occurrence of failures of the "alternating contact" and "parametric failure" type in the measurement channel Pk. Such operations lead to unreasonable cutoffs of the fuel supply to the engine of the gas turbine engine, which reduces the reliability of the gas turbine engine and, as a result, the safety of the aircraft.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ в части защиты ГТД от помпажа и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.The aim of the invention is to improve the quality of work of self-propelled guns in terms of protecting a gas turbine engine from surging and, as a result, improving the reliability of a gas turbine engine and the safety of aircraft.

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты ГТД от помпажа, заключающемся в том, что при возникновении помпажа включают КО и прекращают подачу топлива в КС ГТД на наперед заданное время, зависящее от характеристик ГТД, после истечения этого времени выключают КО и возобновляют подачу топлива в КС ГТД, дополнительно для идентификации состояния помпажа компрессора анализируют частоту вращения вентилятора двигателя, температуру и давление на входе в двигатель, если наблюдается одновременный устойчивый рост частоты вращения вентилятора, падение давления воздуха на входе в двигатель и увеличение температуры воздуха на входе в двигатель с градиентом, превышающий максимально возможный, определяемый тактико-техническими характеристиками самолета в 2-3 раза, формируют сигнал «Помпаж».This goal is achieved by the fact that in the method of protecting the gas turbine engine from surging, which consists in the fact that when a surge occurs, they turn on the fuel supply and stop supplying fuel to the gas turbine engine for a predetermined time, depending on the characteristics of the gas turbine engine, after this time has passed, they turn off the fuel supply and resume the fuel supply in the gas turbine engine control room, in addition to identifying the compressor surge state, the engine fan speed, temperature and pressure at the engine inlet are analyzed if there is a simultaneous steady increase in the vein speed ilyatora air pressure drop at the inlet of the engine and an increase in air temperature at the engine inlet with a gradient greater than the maximum possible, determined performance characteristics of the aircraft 2-3 times, produce a signal "surging".

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.The drawing shows a diagram of a device that implements the inventive method.

Устройство содержит последовательно соединенные БД 1, ЭР 2, ДТ 3, КО 4, причем ДТ 3 подключен к БД 1, а КО 4 - к ЭР 2.The device contains a series-connected DB 1, ER 2, DT 3, KO 4, and DT 3 is connected to DB 1, and KO 4 to ER 2.

Устройство работает следующим образом. Электронный регулятор 2 по сигналам датчиков из блока 1 по известным зависимостям (см., например, [2]) формирует управляющее воздействие на ДГ 3, который осуществляет требуемые изменения расхода топлива в КС двигателя. При нормальной работе ГТД КО 4 выключен.The device operates as follows. The electronic controller 2, based on the signals from the sensors from block 1, according to known dependences (see, for example, [2]) generates a control action on the DG 3, which implements the required changes in fuel consumption in the engine CS. During normal operation, the TBG KO 4 is turned off.

Одновременно с этим дополнительно электронный регулятор 2 по сигналам датчиков из блока 1 анализирует частоту Nв вращения вентилятора двигателя, температуру Твх и давление Рвх на входе в двигатель. Если наблюдается одновременный устойчивый рост частоты вращения вентилятора и давления воздуха на входе в двигатель, а увеличение температуры воздуха на входе в двигатель при этом происходит с градиентом, превышающим максимально возможный, определяемый тактико-техническими характеристиками самолета в 2 - 3 раза, ЭР 2 формирует сигнал «Помпаж».At the same time, additionally, the electronic controller 2, based on the signals from the sensors from unit 1, analyzes the frequency Nv of the engine fan rotation, the temperature TBx, and the pressure Pvx at the engine inlet. If there is a simultaneous steady increase in the fan speed and air pressure at the engine inlet, and the air temperature at the engine inlet increases with a gradient that exceeds the maximum possible, determined by the tactical and technical characteristics of the aircraft by 2 to 3 times, ER 2 generates a signal "Surgeon."

Это позволяет идентифицировать помпаж компрессора не по одному, а нескольким, в том числе независимым друг от друга, параметрам, что подтверждается фактическими данными из опыта эксплуатации самолета Ту-204 с двигателями ПС-90А. При реальном помпаже двигателя второй силовой установки за 0,5 с до срабатывания сигнализатора помпажа (по провалу Рк) наблюдалось резкое падение Рвх (с 1,01 до 0,96 кгс/см²), раскрутка Nв (с 86 до 93%), рост Твх (с 16 С до 29 С с градиентом 12 С в секунду при норме не более 4 С/с).This makes it possible to identify compressor surge not by one, but by several, including independent from each other, parameters, which is confirmed by actual data from the experience of operating the Tu-204 aircraft with PS-90A engines. With a real surge of the engine of the second power plant 0.5 s before the surge warning device triggered (due to the Pk dip), there was a sharp drop in Рвх (from 1.01 to 0.96 kgf / cm ² ), promotion of Нв (from 86 to 93%), growth of TBx (from 16 C to 29 C with a gradient of 12 C per second at a rate of not more than 4 C / s).

По сигналу «Помпаж» ЭР 2 формирует команду на включение КО 4. КО 4 прекращает подачу топлива в КС. Одновременно по команде ЭР 2 ДТ 3 устанавливается в положение, соответствующее расходу топлива на режиме МГ.On the signal "Pompage" ER 2 generates a command to enable KO 4. KO 4 stops the flow of fuel to the COP. At the same time, by command of ER 2, DT 3 is set to the position corresponding to the fuel consumption in the MG mode.

После истечении наперед заданного времени, необходимого для ликвидации помпажа (для двигателя ПС-90А это время составляет 0,3 с), ЭР 2 выключает КО 4. Через ДТ 3 в КС начинает поступать расход топлива, соответствующий режиму работы двигателя.After the predetermined time necessary to eliminate surging (after the PS-90A engine has expired, this time is 0.3 s), the ER 2 turns off the KO 4. Through DT 3, the fuel consumption corresponding to the engine operating mode begins to flow to the KS.

Таким образом, обеспечивается диагностирование помпажа компрессора двигателя по комплексу параметров: температуре и давлению воздуха на входе в двигатель, частоте вращения вентилятора методом анализа динамики изменения параметров, что обеспечивает повышение достоверности оценки состояния двигателя и качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.Thus, it is possible to diagnose surging of the engine compressor by a set of parameters: temperature and air pressure at the engine inlet, fan speed by analyzing the dynamics of parameter changes, which provides an increase in the reliability of assessing the condition of the engine and the quality of the ACS and, as a result, improving the reliability of the turbine engine safety aircraft.

Источники информацииInformation sources

1. Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г.1. Keba I.V. “Flight operation of helicopter GTE”, Moscow, “Transport”, 1976

2. Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД», М., «Машиностроение», 1988 г.2. Cherkasov B.A. "Automation and regulation of the WFD", M., "Engineering", 1988

Claims

A method of protecting a gas turbine engine (GTE) from surging, which consists in the fact that when a surge occurs, turn off the stop valve (KO) and stop the fuel supply to the combustion chamber (CS) of the turbine engine for a predetermined time, depending on the characteristics of the gas turbine engine, after that time is turned off KO and resume the flow of fuel to the engine of the gas turbine engine, characterized in that in addition to identify the surge condition of the compressor, the engine fan speed, temperature and pressure at the engine inlet are analyzed if there is simultaneous ny steady increase fan speed, air pressure drop at the inlet of the engine and an increase in air temperature at the engine inlet with a gradient greater than the maximum possible, determined performance characteristics of the aircraft, 2-3 times, produce a signal "surging".